基于FPGA的高频等精度频率计设计与实现

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1、第28卷第5期吉林工程技术师范学院学报Vol.28No.52012年5月JournalofJilinTeachersInstituteofEngineeringandTechnologyMay.2012基于FPGA的高频等精度频率计设计与实现赵杰(江苏联合职业技术学院电子工程系，江苏扬州225003)［摘要］文章介绍了等精度频率计误差分析和实现原理，在Altera新一代FPGA/PLD开发软件Quar-tusII中运用硬件描述语言VerilogHDL编程，通过单片机控制EP1C12Q240I7芯片实现等精度频率计的设计，频率计可通过分频测量800MHZ～1400MH

2、Z之间的高频信号频率，大大提高了测量精度，实验证明测量精度为0．00003%以下。［关键词］EP1C12Q240I7;等精度;频率计;VerilogHDL;分频测量［中图分类号］TN79［文献标识码］A［文章编号］1009-9042(2012)05-0073-04DevelopmentofHighFrequencyEqualPrecisionFrequencyCounterBasedonFPGAZHAOJie(DepartmentofElectronicEngineering，JiangsuUnionTechnicalInstitute，YangzhouJiangs

3、u225003，China)Abstract:Thisarticleintroducestheerroranalysisandtheoriesofequalprecisionfrequencycounter．IthasrealizedthedesignoftheequalprecisionfrequencycounterundertheQuartusⅡdevelopmentsoftwareenvironment，usinghardwareprogramminglanguageVHDL，down-loadingprogramtotheFPGAchipwithEP1C1

4、2Q240I7ofCycloneseries．Thefrequencycountercanmeasurethefrequencyof800MHzto1400MHzhighfrequencysignalbythefre-quencypointsmeasuring，theerrorislessthan0．00003%，Itgreatlyimprovesthemeasuringprecision．Keywords:EP1C12Q240I7;equalprecision;frequencycounter;VerilogHDL;frequencypointsmeasuring

5、本设计以EP1C12Q240I7芯片为核心器件，实现等精度测量，如图1所示。了由EP1C12Q240I7进行频率测量，单片机进行控制从图1可以看出，在测量过程中，有两个计数器的等精度频率计设计，主要应用于测量频率在1GHz分别对标准时钟和被测信号同时计数，首先给出闸左右的高频信号。实验结果表明此设计可对频率在门开启信号(预置闸门上升沿)，此时计数器并不开800M～1．4G之间的高频信号进行测量，并将误差始计数，而是等到被测信号的上升沿到来时，计数器控制在0．00003%内。另外，系统可移植性强，可通才真正开始计数。然后预置闸门关闭信号(下降沿)过改变标准时钟输入选择

6、所需测量频率范围。到时，计数器并不立即停止计数，而是等到被测信号1等精度测频方法介绍的上升沿来时才停止计数，完成测量。在测量过程中，实际闸门时间τ与预置闸门时等精度测频方法是在直接测频方法的基础上发间τ1并不严格相等，但相差不超过被测信号的一个展起来的，它消除了被测信号计数所产生的误差，周期。从而使频率测量的精度和性能大为改善。等精度测频的闸门时间不是固定的值，而是被测量信号周期在一次实际闸门时间中计数器对被测信号的计的整数倍，即与被测信号同步，因此，消除了被测信数为Nx，对标准信号的计数为Ns。标准信号的频率号计数所产生误差，并且达到了在整个测试频段的为fs，则被

7、测信号的频率为:收稿日期:2012-02-13作者简介:赵杰(1972-)，男，江苏扬州人，江苏联合职业技术学院电子工程系副教授，硕士，主要从事检测控制研究。·74·吉林工程技术师范学院学报2012年5月Nx相差一个误差，即ΔNs1，其测量频率为:fx=fs(1)Nsfxe=［Nx/(Ns+ΔNs)］×fs(3)忽略标准信号fx的误差，等精度测频法产生的将公式(1)、(3)带入(2)整理得相对误差为:δ=ΔNs/Ns1/Ns=1/(τ×fs)(4)δ=(fxe－fx/fxe)×100%(2)由公式(4)可以看出，测量频率的相对误差与被fxe为被测信号的准确值